公路隧道低碳施工影响因素研究

王 琳，杨炅峰，于鹏韬，谢雨蕾，杨木言

（兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070，E-mail：58835455@qq.com）

国家提出“双碳”目标后，各碳排放重点领域相继开始研究碳减排和碳中和方案。交通运输领域作为我国第三大能源消费行业，开展低碳交通特别是低碳公路建设，对实现“双碳”目标至关重要[1]。隧道的资源和能源消耗密度明显高于其他基础设施，在低碳公路建设中应予以重点关注[2]。然而，在工程实践中，低碳施工面临众多挑战。

近年来，学界和行业从业者对公路隧道的低碳施工进行了广泛的研究和探索，如蒋树屏等[3]提出前置式洞口，采用“不切坡、零开挖”方法，有效减少了边仰坡病害。郑晓冬等[4]用花岗岩洞渣制备了满足设计要求的C50混凝土预制T梁。林一川[5]针对短距离掘进的隧道，使用压入式通风除尘，改善施工空气环境。刘松荣等[6]采用新照明技术和节能方法提高隧道照明品质。陈鑫磊等[7]基于碳排放模型，论证了超小净距隧道施工的可行性。鲍学英等[8]将碳排放量纳入机械配置优化模型，形成新的优化配置方法。然而在实际工程中，某些项目尽管采用了最新的低碳技术，仍面临成本超支和技术整合的问题，或者虽然实现了能源节省，但项目的总体碳足迹并未显著减少，这反映出当前低碳施工研究在整体施工过程影响因素的综合考量上还存在不足。为实现真正的低碳转型，必须对公路隧道施工过程和其涉及的所有关键因素进行全面的分析和评估。

本文旨在系统梳理和分析公路隧道低碳施工的关键影响因素，探索它们在实际施工过程中的具体作用和相互关系，力求为项目管理者提供更为明确的管理方向和策略，同时也为相关政策制定提供理论依据和实践指引，以期有效地推进公路领域的低碳建设，进而助力国家实现“双碳”目标。

1 低碳施工衡量标准及影响因素识别

1.1 低碳施工衡量标准分析

开展公路隧道低碳施工的关键影响因素研究，有必要首先对低碳施工的衡量标准进行界定，这是全面识别影响因素的基础和前提。目前学界对于低碳施工衡量标准并没有统一的界定，本文基于相关文献研究成果，总结提炼出低碳施工衡量标准，如表1所示。

表1 低碳施工衡量标准清单

1.2 影响因素识别

通过文献研究、案例分析对公路隧道低碳施工影响因素进行识别，按照4M1E（人、机、料、法、环）管理方法对识别的影响因素进行归类[9]。为避免分类过多使因素间作用路径太过复杂，同时考虑研究的可行性及合理性，将技术方法、管理方法合并为方法因素，将政策环境、市场环境合并为环境因素，即低碳施工影响因素分为人、机械设备、材料、方法、环境5个类别，如表2所示。

表2 公路隧道低碳施工影响因素初始清单

1.3 基于专家访谈的影响因素修正

本文共联系到17位具备丰富经验的专家采用半结构化访谈的方式，对公路隧道低碳施工影响因素具体内容进行详细讨论，共有5位专家相继提出了对初始清单的修改建议。根据专家访谈所提出的建议和意见，对影响因素进行修正，最终影响因素清单以鱼骨图形式表示[10]，如图1所示。

图1 公路隧道低碳施工影响因素鱼骨图

2 影响因素实证分析

2.1 构建理论模型

结合文献研究进行理论分析后，对潜在变量即五类影响因素间的相互作用关系进行假设，构建了公路隧道低碳施工影响因素的初始结构方程模型，如图2所示。

图2 公路隧道低碳施工影响因素初始模型

2.2 数据收集

本文采用李克特5级量表设计调查问卷作为获取观测变量的方式[11]。共发放调查问卷180份，参与问卷调查人员涉及政府部门、高等院校、建设单位、总承包商、设计、施工、监理、咨询、供货商等公路行业从业人员，收回有效问卷136份，有效回收率76%。

2.3 信度、效度分析

使用SPSS 25.0对问卷结果进行信度效度检验。计算问卷数据的Cronbach’s α系数[12]，结果如表3所示。各项变量的Cronbach’s α系数均超过了0.7，表示问卷数据信度满足要求。

表3 信度分析

对问卷数据进行KMO和Bartlett's球形检验[13]，结果如表4所示。该样本数据的KMO为0.951，大于0.7，Bartlett's 球形检验值显著（Sig.＜0.001），表示问卷数据效度符合要求。

表4 效度分析

2.4 初始模型拟合

应用AMOS软件进行初始模型拟合，评估模型输出结果与实际情况的契合程度[14]，拟合指标如表5所示。根据初始模型拟合结果可知，模型质量良好，不需要进一步修正。

表5 初始模型拟合情况

2.5 假设检验

本文通过使用AMOS软件计算模型的路径系数，模型运行结果如图3所示。对其进行显著性检验，以此检验假设是否成立，当路径显著性系数小于0.05时，表示该假设成立[15]。模型的路径系数估计如表6所示。

图3 影响因素SEM模型路径系数图

表6 影响因素SEM模型的路径系数估计

由表6可知，各路径显著性系数均小于0.05，说明图2中各研究假设成立。

2.6 模型结果分析

2.6.1 潜变量层面

不考虑中介变量时，自变量直接影响因变量为直接效应，以标准化路径系数衡量。引入中介变量后，自变量对因变量的影响转为间接效应，计算为自变量至中介及中介至因变量的路径系数之积。两者合并得到总效应[16]。潜变量对公路隧道低碳施工的影响效应如表7所示。

表7 潜变量对公路隧道低碳施工的影响效应

由表7可知，当只考虑因素的直接效应时，5个潜变量对公路隧道低碳施工的影响效应大小排序为材料因素、机械设备因素、方法因素、人的因素、环境因素，这与通常情况下人们的感官认识基本相符，但当考虑因素之间的相互作用关系后，本文得出新的结论。

尽管环境因素在公路隧道低碳施工中的直接效应较小，但其通过对人、材料、方法及机械设备的中介影响，展现出显著的总效应，量化为0.428。人的因素可通过材料、方法、机械设备因素等中介变量产生较大影响效应，对公路隧道低碳施工的总效应为0.317。材料因素在公路隧道低碳施工中占据核心地位，并通过机械设备的中介影响对低碳施工目标施加了间接效应，其综合效应为0.300。方法因素对公路隧道低碳施工的总效应为0.260。机械设备因素对公路隧道低碳施工的总效应为0.218。

2.6.2 观测变量层面

通过简单加权法评估各观测变量对公路隧道低碳施工的影响，其影响系数是其路径系数与所属潜变量的总效应值的乘积[17]。由此可得各观测变量对公路隧道低碳施工的影响效应，如表8所示。

表8 观测变量对公路隧道低碳施工的影响效应

根据表8可以得到每个潜变量层面下各个影响因素的重要性排序。人的因素方面：低碳意识及能力和教育培训力度对公路隧道低碳施工影响较大，分别为0.239，0.236。机械设备因素方面：机械设备能源利用率、机械设备使用能源种类和机械设备型号选择对公路隧道低碳施工影响较大，分别是0.192，0.189，0.187。材料因素方面：材料种类选择、材料利用率和回收率、材料运输方式及运输效率对公路隧道低碳施工影响较大，分别是0.276、0.253、0.250。方法因素方面：施工方案技术先进性、规划设计阶段低碳理念、施工组织设计合理性对公路隧道低碳施工影响较大，分别是0.221，0.218，0.214。环境因素方面：法律法规体系完备性、政府规制措施力度和利益相关者要求对公路隧道低碳施工影响较大，分别是0.382，0.355，0.345。

2.6.3 与已有研究的对比分析

本文使用SEM模型来分析公路隧道低碳施工的影响因素及作用机理，结果显示对低碳施工的影响程度依次为环境、人、材料、方法、机械设备因素。这与蒋树屏等[3]的研究结论有所不同。他在其研究中强调了技术方法（如“不切坡、零开挖”方法）的重要性，而本文结果显示了环境因素的重要性排在第一位。郑晓冬等[4]的研究强调了材料因素特别是在材料回收利用在低碳施工中的作用，而本文结果显示材料因素排在第三位。

本文结果与以往学者的不一致之处可能源于，以往的研究往往侧重于单一方面或技术层面，缺乏对整体施工过程中影响因素间相互作用关系的综合考量，而本文将SEM模型应用于公路隧道低碳施工影响因素研究，提供了更加全面、科学的分析和解释低碳施工影响因素的方式。相反，如不考虑因素间的相互作用关系，只考虑因素对低碳施工的直接作用，本文结果中方法因素中施工方案技术先进性的影响效应为0.850，材料因素中材料利用率和回收率的影响效应为0.842，可以认定为最重要的影响因素，则与以往学者研究结论一致。以上对比表明，在对公路隧道低碳施工影响因素进行研究时，考虑因素间相互作用关系是必要的。

3 促进公路隧道低碳施工的建议

3.1 环境因素方面

环境因素在公路隧道低碳施工中占据着核心位置，政府应建立完善的法律法规体系包括施工标准、环境保护法律等，并依靠政府强有力的规制措施，确保施工标准与环保法律有效实施。同时，应鼓励不同利益相关者（如政府部门、施工单位、材料供应商）协同工作，加强信息与资源共享，共同推动公路隧道低碳施工。

3.2 人的因素方面

人的因素在公路隧道低碳施工中占据着第二重要位置，涉及到公路隧道低碳施工的人员技能、意识和行为。低碳意识及能力能够有效提升项目参与方主观能动性，提供其自发从事低碳作业的内在动力，教育培训力度则为项目参与者提供外在动力，两者对人员操作技能水平及工作效率产生直接影响的同时，也会对其他因素产生较大的间接影响，对公路隧道低碳施工起到积极的推动作用。隧道相关企业尤其是施工企业应大力开展公路隧道低碳施工的宣传活动，鼓励员工采取更加环保和低碳的工作方式。应定期开展培训课程，提高从业人员低碳能力。

3.3 材料因素方面

材料因素作为最主要的外源性碳排放源，对隧道低碳施工的直接影响效应很大。材料种类选择如沥青路面与混凝土路面的选择、材料利用率不同会对碳排放总量产生重要影响。在隧道施工过程中应优先使用碳足迹低的、可持续生产的材料，并考虑其生命周期内的碳排放。通过精确设计减少材料浪费，并推广材料的重复使用和回收。同时，选择近距离供应商和优化运输方式以降低运输碳排放。

3.4 方法因素方面

方法因素涉及施工过程中采用的技术、流程和实践，对实现低碳目标具有关键影响。在公路隧道施工过程中改进施工工艺，优化施工方案，如充分考虑围岩地质条件、衬砌支护结构的改进优化、应用绿色施工技术；在规划设计阶段融合低碳理念，例如在土建设计中优化线形、调整断面规格及考虑洞口的低碳方案，并在机电方案中为通风、照明、烟雾管理及信息系统进行低碳设计与选材。优化施工组织设计如施工场地合理布置、材料仓储科学设置与管理、对现有交通进行合理分流或绕行，以上一系列有效的技术、管理方法均会对公路隧道施工碳排放产生较大影响。

3.5 机械设备因素方面

机械设备作为公路隧道施工阶段最主要的内源性碳排放源。隧道施工过程中应优先使用能效高的或清洁能源驱动的机械设备，并对设备定期维护和优化，保持设备最佳状态，减少能源浪费。同时，针对现场的具体状况进行机械设备型号的合理选择，使机械设备能更高效地运作，有助于降低碳排放。

4 结语

本文通过SEM模型探讨了公路隧道低碳施工的关键影响因素及其相互关系，环境因素通过对人、材料、方法及机械设备在间接层面上对低碳施工产生了重要影响，总效应值为0.428。人的因素通过影响材料选择、施工方法和机械设备使用对低碳施工产生较大影响，总效应量化为0.317。材料因素通过影响机械设备的使用，对低碳施工目标产生间接效应，总效应值为0.3。方法因素和机械设备因素对公路隧道低碳施工的总影响效应分别为0.26、0.218。公路隧道低碳施工的关键影响因素，分别为低碳意识及能力、教育培训力度、机械设备能源利用率、机械设备使用能源种类、机械设备型号选择、材料种类选择等。研究结果对于认识和改进公路隧道低碳施工过程具有重要的理论和实践价值。通过结构方程模型的深入分析，本文不仅丰富了公路隧道施工的理论基础，还为理解和分析低碳施工过程中的复杂因素提供了新视角。在实践层面，研究成果为公路隧道低碳施工项目的管理者和决策者提供了重要的科学决策工具，帮助他们更精确地控制项目中的关键影响因素，为项目管理提供重点方向和“着力点”。此外，本文提出的针对性管理策略和措施，不仅对当前的公路隧道项目具有指导价值，还能促进类似工程的低碳实施，增强了研究的实践应用和推广价值。

由于种种情况的限制，本文仍存在一些不足。一是数据来源主要依赖于问卷调查，数据的全面性和可靠性可能受到限制，未来研究应考虑更广泛的数据来源，以提高数据的综合性和准确度；二是本文未深入探讨地域性差异对低碳施工的影响，忽视了不同地区政策、资源和技术条件的多样性，未来研究需关注这些差异，以提高研究的适用性和实践价值。此外，研究缺乏对采取针对性管理措施后低碳化效果的定量化评估，未来的研究将致力于通过碳排放核算，定量评估低碳施工的效果，以进一步提升研究的实用性和准确性。